[發明專利]旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法及裝置

有效

• 申請號: 202010612365.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111624671B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 錢學武;趙立業
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01V7/16
• 分類號: G01V7/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

本發明公開了一種旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法及裝置，屬于精密測量領域。方法包括：首先對四只加速度計輸出信號進行信號組合調理得到重力梯度模擬信號；然后A/D轉換器根據角度信息轉換器的同步脈沖信號對重力梯度模擬信號進行A/D轉換，得到重力梯度數字信號；接下來利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調，得到相位角數據序列；最后對相位角序列進行零相位低通濾波處理，并對濾波后的數據均值處理，得到準確的重力梯度解調相位角。使用本發明提供的重力梯度解調相位角確定方法，能夠為后續的重力梯度解調提供精確的解調相位角，為進一步提高重力梯度測量精度提供了可能，同時操作簡單方便，降低了研制成本。

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域，具體涉及一種旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法及裝置。

背景技術

重力梯度測量技術對于空間科學、地球科學、地質科學、能源勘探、慣性導航等領域的研究具有重要意義。目前，重力梯度儀主要有旋轉加速度計重力梯度儀、超導重力梯度儀、冷原子重力梯度儀、靜電重力梯度儀，以及基于微機械加工(MEMS)技術的重力梯度儀等，其中旋轉加速度計重力梯度儀是目前唯一能夠商用，并且成功用在機載/船載動基座上的重力梯度測量儀器。

旋轉加速度計重力梯度儀是一種高精密測量儀器，電子元件穩定性、電子線路電磁兼容性問題、敏感器工作性能、旋轉機構穩定性、溫控性能等因素都會對重力梯度測量精度造成嚴重影響，這些因素會使重力梯度儀輸出信號包含各種噪聲，從而降低了測量精度，現有技術中為提高重力梯度測量精度的工作主要聚焦在對重力梯度儀工作過程中的角運動誤差、線運動誤差、自梯度、垂向運動誤差進行研究和補償，如中國專利CN109212619B、CN109212629B、CN109212620B、CN110068876A、CN108873093B；或者是對重力梯度儀數據進行診斷及處理，剔除干擾數據，如CN110471123A，以此來提高機器測量性能。然而，除了以上影響因素外，重力梯度解調相位角的精確確定非常重要，其直接影響了重力梯度的解調結果，從而影響重力梯度測量性能。解調相位角的誤差主要來自旋轉機構穩定性、電機控制穩定性、電路噪聲以及信號處理導致的傳輸延時等方面。目前，針對旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法并沒有相關文獻發布或發表。

發明內容

發明問題：為了克服現有技術的不足，本發明提供一種操作簡單、實施方便、實用性強的重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法及裝置。

技術方案：第一方面，提供一種旋轉加速度計重力梯度儀重力梯度解調相位角確定方法，包括以下步驟：

對四只加速度計的輸出信號進行信號組合調理，得到重力梯度模擬信號；

A/D轉換器根據角度信息轉換器發出的同步脈沖信號對重力梯度模擬信號進行A/D轉換，得到重力梯度數字信號；

利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調，得到重力梯度解調相位角。

其中，所述A/D轉換得到的重力梯度數字信號表達式為：

式中，A_k、B_k分別為2k+1次諧波正弦、余弦信號幅值，C_k為2k+2次諧波信號幅值，D為圓盤旋轉角加速度幅值，α為重力梯度解調相位角，為調理通路信號延遲導致的延時角，φ為第一加速度計A₁與重力梯度測量坐標系x軸之間的初始夾角，θ是環境物體引起的方位角，Δt為采樣時間，ω為重力梯度儀圓盤旋轉角頻率，為重力梯度儀圓盤旋轉角加速度，E_out(i)為第(i-1)Δt時刻數字信號。

進一步地，所述利用參考信號源對重力梯度數字信號進行相位角解調包括：

產生數字正弦信號和數字余弦信號作為參考信號；